DE10012431A1 - Coordinated control device for load handling plant tool e.g. for fork lift truck, modifies linear and angular velocity components of required velocity of load handling element dependent on movement path error - Google Patents
Coordinated control device for load handling plant tool e.g. for fork lift truck, modifies linear and angular velocity components of required velocity of load handling element dependent on movement path errorInfo
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Abstract
Description
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrich tung und ein Verfahren zur Steuerung eines Arbeitswerk zeuges einer Arbeitsmaschine und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen einer koordi nierten Steuerung des Arbeitswerkzeuges, um eine Linear bewegung des Arbeitswerkzeuges zu erzeugen.This invention relates generally to a device tion and a method for controlling a work witness of a work machine and in particular on a Device and a method for providing a coordi Control of the work tool to a linear to generate movement of the working tool.
Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Grabvorrichtungen bzw. Bagger, Baggerlader, Radlader, Teleskopmaterialhand habungsvorrichtungen bzw. Gabelstapler und ähnliches sind geeignet zum Graben, Beladen, Paletten heben usw. Diese Vorgänge erfordern gewöhnlicher Weise die Anwendung von zwei oder mehr manuell betätigten Steuerhebeln zur Steue rung der Position und Orientierung des Arbeitswerkzeuges. Als ein Beispiel weist eine Teleskopmaterialhandhabungs vorrichtung bzw. ein Gabelstapler einen teleskopischen Ausleger mit einem Lasteingriffsglied auf, beispielsweise Palettenhubgabeln, die mit einem Ende des Auslegers ver bunden sind. Zwei Steuerhebel werden verwendet, um unab hängig Hydraulikzylinder zu betätigen, die zur Steuerung des Winkels des Auslegers mit Bezug auf eine Referenzebe ne bzw. der Länge des Auslegers gesteuert werden. Working machines, such as digging devices or excavators, backhoe loaders, wheel loaders, telescopic hand materials are devices or forklifts and the like Suitable for digging, loading, lifting pallets etc. This Operations usually require the use of two or more manually operated control levers for control Position and orientation of the work tool. As an example, telescopic material handling device or a forklift a telescopic Boom with a load engaging member, for example Pallet lifting forks ver with one end of the boom are bound. Two control levers are used to depending on hydraulic cylinders to operate the control the angle of the boom with respect to a reference plane ne or the length of the boom can be controlled.
Oft ist eine lineare oder geradlinige Bewegung der Gabeln erforderlich, beispielsweise wenn die Gabeln der Tele skopmaterialhandhabungsvorrichtung bzw. des Gabelstaplers unter eine Palette zu treiben sind, um die Palette anzu heben. Um eine solche Linearbewegung zu bewirken, muß der Winkel des Auslegers und die Länge des Auslegers gleich zeitig gesteuert werden. Es wird eine besondere Ausbil dung des Bedieners erforderlich, um die Steuerung der He bel zu koordinieren, wenn man diese komplexen Vorgänge ausführt, was somit die Ermüdung des Bedieners bei geüb ten Bedienern vergrößert und die Einarbeitungszeit, die für weniger geübte Bediener erforderlich ist.Often there is a linear or rectilinear movement of the forks required, for example if the forks of the tele material handling device or the forklift are to be driven under a pallet to start the pallet to lift. In order to effect such a linear movement, the The angle of the boom and the length of the boom are the same can be controlled in time. It will be a special training the operator to control the He co-ordinate when looking at these complex operations executes what the operator's fatigue in practice operators and the familiarization time is required for less experienced operators.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden.The present invention is directed to one to overcome one or more of the problems outlined above.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung weist bei einer Vorrichtung zum Vorsehen einer koordinierten Steue rung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine mit einem Rahmen das Werkzeug einen Ausleger mit einem ersten End teil und einem zweiten Endteil auf, wobei der erste End teil schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist, und wobei der zweite Endteil mit einem Lasteingriffsglied verbunden ist. Die Vorrichtung weist einen Positionssensor auf, der geeignet ist, um ein Positionssignal vorzusehen, und eine Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein Soll-Ge schwindigkeitssignal zu liefern, welches die Soll-Ge schwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt. Die Soll- Geschwindigkeit weist eine Soll-Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit auf. Die Vorrichtung emp fängt das Positionssignal und das Soll-Geschwindigkeits signal und bestimmt einen Ist-Laufpfad des Lasteingriffs gliedes, und einen Soll-Laufpfad des Lasteingriffsglie des. Die Vorrichtung modifiziert weiter die Soll-Winkel geschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit an sprechend auf eine Abweichung zwischen den Ist- und Soll- Laufpfaden.According to one aspect of the present invention, a device for providing a coordinated control tion of a tool of a work machine with a The tool frames a boom with a first end part and a second end part, the first end is pivotally connected to the frame, and wherein the second end part is connected to a load engaging member is. The device has a position sensor which is suitable to provide a position signal, and a Input device that is suitable to a target Ge to deliver speed signal, which the target Ge indicates the speed of the load engaging member. The target Speed has a target angular velocity and a target linear velocity. The device emp catches the position signal and the target speed signal and determines an actual walking path of the load intervention link, and a target running path of the load-engaging link The device further modifies the target angles speed and the target linear speed speaking of a discrepancy between the actual and target Running paths.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vorsehen einer koordinierten Steuerung eines Werkzeuges einer Arbeitsmaschine mit ei nem Rahmen offenbart. Das Werkzeug weist einen Ausleger mit einem ersten Endteil und einem zweiten Endteil auf, wobei der erste Endteil schwenkbar mit dem Rahmen verbun den ist, und wobei der zweite Endteil mit einem Lastein griffsglied verbunden ist. Das Verfahren weist den Schritt auf, eine Position des Lasteingriffsgliedes abzu fühlen und darauf ansprechend ein Positionssignal zu lie fern. Das Verfahren weist auch die Schritte auf, ein Soll-Geschwindigkeitssignal zu liefern, welches eine Soll-Geschwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt, wobei die Soll-Geschwindigkeit eine Soll-Winkelgeschwin digkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit aufweist. Das Verfahren weist weiter die Schritte auf, einen Ist-Lauf pfad des Lasteingriffsgliedes als eine Funktion des Posi tionssignals zu bestimmen, weiter einen Soll-Laufpfad des Lasteingriffsgliedes als eine Funktion des Soll-Geschwin digkeitssignals zu bestimmen, und die Soll-Winkelge schwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit anspre chend auf einer Abweichung zwischen den Ist- und Soll- Laufpfaden zu modifizieren.According to another aspect of the present invention is a method of providing a coordinated Control of a tool of a machine with an egg disclosed in a frame. The tool has a boom with a first end part and a second end part, the first end portion being pivotally connected to the frame is, and wherein the second end portion is with a load handle member is connected. The procedure points the Step up to a position of the load engaging member feel and respond accordingly to a position signal remote. The method also has the steps of To deliver target speed signal, which is a Indicates target speed of the load engaging member, where the target speed is a target angular velocity and a target linear velocity. The The method further has the steps of an actual run path of the load engaging member as a function of the posi tion signal to determine, a desired running path of the Load engaging member as a function of the target speed Determine the signal, and the target Winkelge speed and the target linear speed based on a deviation between the actual and target Modify running paths.
Fig. 1 ist eine diagrammartige Veranschaulichung einer Arbeitsmaschine, die zur Anwendung bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geeignet ist; Fig. 1 is a diagrammatic illustration of a work machine, which is suitable for use in an embodiment of the present invention;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung veranschau licht; Fig. 2 is a block diagram illustrating an embodiment of the present invention;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungs beispiel eines Steuersystems der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; Fig. 3 is a block diagram for an execution illustrates a control system of the present invention;
Fig. 4 veranschaulicht Beispiele einer Vielzahl von Geschwindigkeitsverhältnisvektoren, die mit ei nem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung assoziiert sind; und Fig. 4 illustrates examples of a plurality of speed ratio vectors associated with dung ei nem embodiment of the present OF INVENTION; and
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches ein Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung verkörpert. Fig. 5 is a flowchart embodying an embodiment of the present invention.
Mit Bezug auf die Fig. 1-5 sieht die vorliegende Er findung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vorsehen einer koordinierten Steuerung eines Arbeitswerkzeuges 160 einer Arbeitsmaschine 100 vor. Zu Besprechungszwecken wird die folgende Beschreibung sich auf eine Teleskopma terialhandhabungsvorrichtung bzw. einen Gabelstapler 100 beziehen. Es sei jedoch bemerkt, daß irgendeine Anzahl von anderen Bauarten von Arbeitsmaschinen, wie beispiels weise Baggerlader, Radlader, Bagger bzw. Grabvorrichtun gen und ähnliches eingesetzt werden können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.With reference to FIGS. 1-5, the present invention an apparatus and method for providing provides a coordinated control of a work implement 160 of a work machine 100 before. For discussion purposes, the following description will refer to a telescopic material handling device or forklift 100 . However, it should be noted that any number of other types of work machines, such as, for example, backhoe loaders, wheel loaders, excavators or digging devices and the like, can be used without departing from the essence of the invention.
Mit spezieller Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Veran schaulichung einer Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtung 100 gezeigt. Die Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtung 100 weist einen Maschinenrahmen 130 auf, der auf Rädern 120a, 120b oder auf anderen mit dem Boden in Eingriff stehenden Tragvorrichtungen angetrieben werden kann, wie beispielsweise auch Raupen. Die Teleskopmaterialhandha bungsvorrichtung 100 weist weiter einen Ausleger 160 mit einem ersten Endteil 162 und einem zweiten Endteil 164 auf. Der Ausleger 160 ist schwenkbar mit dem Rahmen 130 am ersten Endteil 162 des Auslegers 160 verbunden.With particular reference to FIG. 1, an illustration of a telescopic material handling device 100 is shown. The telescopic material handling device 100 has a machine frame 130 which can be driven on wheels 120 a, 120 b or on other supporting devices which engage with the ground, such as caterpillars, for example. The telescopic material handling device 100 further has a boom 160 with a first end part 162 and a second end part 164 . The boom 160 is pivotally connected to the frame 130 at the first end portion 162 of the boom 160 .
Der Ausleger 160 weist ein Teleskopglied 170 auf, welches zwischen einer vollständig zurückgezogenen Länge und ei ner vollständig ausgefahrenen Länge bewegbar ist. Ein La steingriffsglied 180 ist schwenkbar mit dem Teleskopglied 170 am zweiten Endteil 164 des Auslegers 160 verbunden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Lastein griffsglied 180 eine Gabel 180 auf. Jedoch können andere Bauarten und Typen von Lasteingriffsgliedern 180 verwen det werden, wie beispielsweise eine Schaufel oder eine andere Materialhandhabungsvorrichtung, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.The boom 160 has a telescopic member 170 which is movable between a fully retracted length and a fully extended length. A La stone grip member 180 is pivotally connected to the telescopic member 170 at the second end portion 164 of the boom 160 . In the preferred embodiment, the Lastein handle member 180 has a fork 180 . However, other types and types of load engaging members 180 may be used, such as a bucket or other material handling device, without departing from the scope of the invention.
Der Winkel des Auslegers 160 mit Bezug auf den Rahmen 130 wird durch eine erste Betätigungsvorrichtung 140 gesteu ert, die zwischen dem Rahmen 130 und dem Ausleger 160 an geschlossen ist. Das Ausfahren und Zurückziehen des Tele skopgliedes 170 wird durch eine zweite Betätigungsvor richtung 150 gesteuert, die zwischen dem Ausleger 160 und dem Teleskopglied 170 angeschlossen ist. Vorzugsweise weisen die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 einen strömungsmittelbetätigten Zylinder auf, beispielsweise einen Hydraulikzylinder.The angle of the boom 160 with respect to the frame 130 is controlled by a first actuator 140 which is closed between the frame 130 and the boom 160 . The extension and retraction of the telescopic member 170 is controlled by a second actuating device 150 which is connected between the boom 160 and the telescopic member 170 . The first and second actuation devices 140 , 150 preferably have a fluid-actuated cylinder, for example a hydraulic cylinder.
Zu Veranschaulichungszwecken sind nur zwei Betätigungs vorrichtungen 140, 150 gezeigt. Es sei jedoch bemerkt, daß irgendeine Anzahl von Betätigungsvorrichtungen bei der vorliegenden Erfindung wie erwünscht verwendet werden kann. Beispielsweise kann eine dritte Betätigungsvorrich tung vorgesehen werden, um die Neigung der Gabel 180 in einen Höhen- bzw. Niveauzustand zu halten.For illustrative purposes only two actuators 140 , 150 are shown. However, it should be noted that any number of actuators can be used in the present invention as desired. For example, a third actuating device can be provided to maintain the inclination of the fork 180 in a high or level condition.
Mit Bezugnahme auf Fig. 2 werden die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 gemäß der Eingabebefeh le gesteuert, die von einer Eingabevorrichtung 270 vorge sehen werden, die auf der Arbeitsmaschine 100 gelegen sind. Die Eingabevorrichtung 270 betätigt (nicht gezeig te) Hydraulikventile, die die Lieferung von unter Druck gesetztem Strömungsmittel zu den ersten und zweiten Betä tigungsvorrichtungen 140, 150 steuern.Referring to FIG. 2, the first and second actuators 140 , 150 are controlled in accordance with the input commands provided by an input device 270 located on the work machine 100 . The input device 270 actuates hydraulic valves (not shown) that control the delivery of pressurized fluid to the first and second actuators 140 , 150 .
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Eingabevor richtung 270 einen Steuerhebel auf. Jedoch können andere Arten von Eingabevorrichtungen 270, wie beispielsweise handbetätigte Steuerhebel, Fußpedale, eine Tastatur und ähnliches eingesetzt werden, ohne vom Umfang der Erfin dung abzuweichen.In the preferred embodiment, the input device 270 has a control lever. However, other types of input devices 270 , such as manual control levers, foot pedals, a keyboard, and the like, can be used without departing from the scope of the invention.
Der vom Bediener gesteuerte Joystick bzw. Steuerhebel 270 liefert ein Soll-Geschwindigkeitssignal an das Steuersy stem 240, welches in der Arbeitsmaschine 100 gelegen ist, und zwar ansprechend auf die Bewegung des Steuerhebels 270 entlang vordefinierter Achsen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Steuerhebel 270 zwei Bewe gungsgrade. Eine Links- und Rechtsbewegung des Steuerhe bels 270 entlang einer ersten Achse (X-Achse) sieht eine lineare Horizontalbewegung des Lasteingriffsgliedes 180 bei der Schwenkverbindung 164 vor. Genauso sieht die Vor wärts- und Rückwärtsbewegung des Steuerhebels 270 entlang einer zweiten Achse (Y-Achse) senkrecht zur ersten Achse eine lineare Vertikalbewegung des Lasteingriffsgliedes 180 bei der Schwenkverbindung 164 vor.The operator-controlled joystick or control lever 270 delivers a desired speed signal to the control system 240 , which is located in the work machine 100 , in response to the movement of the control lever 270 along predefined axes. In the preferred embodiment, the control lever 270 has two degrees of movement. A left and right movement of the control lever 270 along a first axis (X axis) provides a linear horizontal movement of the load engaging member 180 in the pivot connection 164 . Likewise, the forward and backward movement of the control lever 270 along a second axis (Y axis) perpendicular to the first axis provides for a linear vertical movement of the load engaging member 180 in the pivot connection 164 .
Das Steuersystem 240 empfängt auch Positionssignale, die die Position des Lasteingriffsgliedes 180 anzeigen, und zwar von einem Positionssensor 210, der auf der Arbeits maschine 100 gelegen ist. Der Positionssensor 210 weist einen Winkelsensor 220 auf, der geeignet ist, um den Win kel des Auslegers 160 relativ zum Rahmen 130 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Auslegerwinkelsignal zu liefern. Der Positionssensor 210 weist auch einen Längen sensor 230 auf, der geeignet ist, um die Länge oder Aus dehnung des Teleskopgliedes 170 des Auslegers 160 abzu fühlen, und um darauf ansprechend ein Auslegerlängensi gnal zu liefern. Der Positionssensor 210 weist weiter ei nen Neigungssensor 280 auf, der geeignet ist, um einen Neigungswinkel des Rahmens 130 relativ zu einer Referen zebene 110 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Nei gungssignal zu liefern. Der spezielle Betrieb des Steuer systems 240 wird unten genauer besprochen.The control system 240 also receives position signals indicative of the position of the load engaging member 180 from a position sensor 210 located on the work machine 100 . The position sensor 210 has an angle sensor 220 , which is suitable for sensing the angle of the boom 160 relative to the frame 130 and in response to delivering a boom angle signal. The position sensor 210 also has a length sensor 230 , which is suitable for sensing the length or extension of the telescopic member 170 of the boom 160 , and in response to delivering a boom length signal. The position sensor 210 further comprises an inclination sensor 280 , which is suitable for sensing an inclination angle of the frame 130 relative to a reference plane 110 , and for delivering an inclination signal in response thereto. The specific operation of control system 240 is discussed in more detail below.
Es wird dem Fachmann klar sein, daß andere Arten von Sen soren und Kombinationen davon in den Positionssensor 210 vorgesehen werden können, ohne von der vorliegenden Er findung abzuweichen. Als ein Beispiel kann ein Gabelsen sor vorgesehen werden, um die Neigung oder Querneigung bzw. Ausrichtung der Gabel 180 relativ zum Teleskopglied 170 abzufühlen, und um darauf ansprechend ein Gabelposi tionssignal zu liefern.It will be apparent to those skilled in the art that other types of sensors and combinations thereof can be included in position sensor 210 without departing from the present invention. As an example, a fork sensor may be provided to sense the tilt or orientation of fork 180 relative to telescopic member 170 and to responsively provide a fork position signal.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Steuersystem 240 einen Prozessor 250 auf, und sowohl einen Lesespei cher als auch einen Arbeitsspeicher. Der Prozessor 250 empfängt Eingangsgrößen vom Auslegerwinkelsignal vom Aus legerlängensignal und vom Neigungssignal genauso wie das Soll-Geschwindigkeitssignal, die von der Eingabevorrich tung 270 geliefert werden, und verarbeitet diese. Durch Ausführung von Steuerroutinen wie beispielsweise Softwa reprogrammen, die im Speicher gespeichert sind, erzeugt der Prozessor 250 ein Befehlssignal und liefert dies an eine Steuervorrichtung 260. Die Steuervorrichtung 260 ko ordiniert automatisch den Fluß des Hydraulikströmungsmit tels sowohl zu den ersten als auch zu den zweiten Betäti gungsvorrichtungen 140, 150 ansprechend auf das Befehls signal. In the preferred embodiment, the control system 240 has a processor 250 , and both a read memory and a working memory. The processor 250 receives inputs from the boom angle signal from the boom length signal and the inclination signal as well as the target speed signal provided by the input device 270 and processes them. By executing control routines, such as software programs, stored in memory, processor 250 generates a command signal and provides it to a control device 260 . The controller 260 automatically coordinates the flow of the hydraulic fluid to both the first and second actuators 140 , 150 in response to the command signal.
Obwohl die Eingabevorrichtung 270 und das Steuersystem 240 derart beschrieben worden sind, daß sie auf der Ar beitsmaschine 100 gelegen sind und elektrisch miteinander verbunden sind, kann eines oder beide Elemente entfernt von der Arbeitsmaschine 100 stationiert sein. Beispiels weise kann das Steuersystem 240 in einem zentralen Bau stellenbüro gelegen sein und kann geeignet sein, um mit dem Positionssensor 210, mit der Eingabevorrichtung 270, mit der ersten Betätigungsvorrichtung 140 und der zweiten Betätigungsvorrichtung 150 durch eine drahtlose Kommuni kationsverbindung zu kommunizieren.Are even though the input device 270 and the control system 240 have been described such that they driven machine on the Ar location 100 and are electrically connected to each other, one or both elements may be removed stationed of the work machine 100 can. For example, the control system 240 may be located in a central job site and may be adapted to communicate with the position sensor 210 , the input device 270 , the first actuator 140 and the second actuator 150 through a wireless communication link.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Steuersy stems 240 gezeigt. Die Eingangsbefehle, die von der Ein gabevorrichtung 270 erzeugt werden, sind als Soll-Ge schwindigkeitsanforderungen gezeigt. Die Eingangsbefehle sind in kartesischen Koordinaten und stellen die er wünschte X- und Y-Geschwindigkeit des Auslegers 160 dar, und zwar entsprechend der Soll-Geschwindigkeit und der Bewegungsrichtung der Gabel 180. . 3 is a block diagram of the Steuersy stems 240 is shown with reference to FIG. The input commands generated by the input device 270 are shown as target speed requirements. The input commands are in Cartesian coordinates and represent the desired X and Y speed of the boom 160 , in accordance with the desired speed and the direction of movement of the fork 180 .
Basierend auf der Neigung der Maschine 100 relativ zur Referenzebene 110 wird die Soll-Geschwindigkeit bei der Steuerbox bzw. dem Steuerkasten umgeformt oder einge stellt.Based on the inclination of the machine 100 relative to the reference plane 110 , the target speed is reshaped or set in the control box or the control box.
Eine Ist-Position des Lasteingriffsgliedes 180 wird in der Steuerbox 320 als eine Funktion des Auslegerwinkelsi gnals, des Auslegerlängensignals und des Neigungssignals bestimmt. An actual position of the load engaging member 180 is determined in the control box 320 as a function of the boom angle signal, the boom length signal and the tilt signal.
Die Ist-Position des Lasteingriffsgliedes 180 wird in der Steuerbox 330 in eine Ist-Winkelgeschwindigkeit und eine Ist-Lineargeschwindigkeit umgewandelt. Insbesondere wird die Ist-Winkelgeschwindigkeit bestimmt durch Berechnung der Ableitung der Auslegerwinkelsignale, wie vom Winkel sensor 220 abgefühlt. In ähnlicher Weise wird die Ist- Lineargeschwindigkeit bestimmt durch Berechnung der Ab leitung der Auslegerlängensignale wie von dem Längensen sor 230 abgefühlt.The actual position of the load engaging member 180 is converted in the control box 330 into an actual angular velocity and an actual linear velocity. In particular, the actual angular velocity is determined by calculating the derivative of the cantilever angle signals as sensed by the angle sensor 220 . Similarly, the actual linear velocity is determined by calculating the derivative of the boom length signals as sensed by the length sensor 230 .
Die eingestellten Soll-Geschwindigkeitsanforderungen wer den in der Steuerbox 340 in einen Soll-Laufpfad des La steingriffsgliedes 180 umgewandelt, und die Ist-Winkelge schwindigkeit und die Ist-Lineargeschwindigkeit werden bei der Steuerbox 350 in einen Ist-Laufpfad des Lastein griffsgliedes 180 umgewandelt.The set target speed requirements who converted the control box 340 into a target running path of the load engaging member 180 , and the actual angular velocity and the actual linear speed are converted in the control box 350 into an actual running path of the load engaging member 180 .
Die Abweichung zwischen den Ist- und Soll-Laufpfaden und die Differenz zwischen den Ist- und Soll-Geschwindigkei ten werden in der Steuerbox 360 berechnet, und ein Kom pensationsfehler wird erzeugt.The deviation between the actual and target running paths and the difference between the actual and target speeds are calculated in the control box 360 , and a compensation error is generated.
Der Kompensationsfehler wird verwendet, um die einge stellten Soll-Geschwindigkeitsanforderungen in der Steu erbox 360 zu modifizieren.The compensation error is used to modify the set target speed requirements in the control box 360 .
Die Soll-Geschwindigkeitsanforderungen, die in kartesi schen Koordinaten dargestellt sind, werden in der Steuer box 370 in entsprechende Polarkoordinaten umgewandelt, und zwar basierend auf der Position und der Orientierung des Auslegers 160. Die Ausgangsgröße der Steuerbox 370 zur Umwandlung von kartesischen Koordinaten in Polarkoor dinaten ist die Soll-Winkelgeschwindigkeit des Auslegers 160, die von der ersten Betätigungsvorrichtung 140 ge steuert wird, und die Soll-Lineargeschwindigkeit des Aus legers 160, der von der zweiten Betätigungsvorrichtung 150 gesteuert wird.The target speed requirements, which are shown in Cartesian coordinates, are converted into corresponding polar coordinates in the control box 370 , based on the position and the orientation of the boom 160 . The output of the control box 370 ordinates for the conversion of Cartesian coordinates in Polarkoor the target angular speed of the boom 160, which is controlled ge of the first actuator 140, and the target linear speed of from legers 160, which is controlled by the second actuator 150 .
Die Soll-Geschwindigkeitsbefehle werden in ein Soll-
Geschwindigkeitsverhältnis in der Steuerbox 375 umgewan
delt, und die Ist-Geschwindigkeitsbefehle werden in ein
Ist-Geschwindigkeitsverhältnis bei der Steuerbox 380 um
gewandelt. Insbesondere werden die Ist- und Soll-Ge
schwindigkeitsverhältnisse, die als Prozentsätze darge
stellt werden, gemäß der folgenden Gleichungen berechnet:
The desired velocity commands are punched reduced to any desired speed ratio a in the control box 375, and the actual speed commands are converted into a real speed ratio changed at the control box 380 to. In particular, the actual and target speed ratios, which are presented as percentages, are calculated according to the following equations:
Es sei bemerkt, daß die Einheiten für die Winkelgeschwin digkeit und die Lineargeschwindigkeit bei der obigen Gleichung eingestellt worden sind, um gemeinsame Einhei ten zu bieten.It should be noted that the units for the angular velocity speed and the linear speed in the above Equation have been set to common unity to offer.
Zusammen stellt das kombinierte Winkelgeschwindigkeits verhältnis und Lineargeschwindigkeitsverhältnis einen Ge schwindigkeitsverhältnisvektor 400 dar. Fig. 4 zeigt Beispiele einer Vielzahl von Geschwindigkeitsverhältnis vektoren 400. Together, the combined angular velocity ratio and linear velocity ratio represent a velocity ratio vector 400. FIG. 4 shows examples of a plurality of velocity ratio vectors 400 .
Vorzugsweise stellen die Soll- und Ist-Geschwindigkeits verhältnisse die Soll- und Ist-Geschwindigkeiten der er sten Betätigungsvorrichtung 140 relativ zu den Soll- und Ist-Geschwindigkeiten der zweiten Betätigungsvorrichtung 150 dar.Preferably, the target and actual speed ratios represent the target and actual speeds of the first actuator 140 relative to the target and actual speeds of the second actuator 150 .
Der Soll-Geschwindigkeitsverhältnisvektor wird mit dem Ist-Geschwindigkeitsverhältnisvektor in der Steuerbox 385 verglichen, und ein Fehler wird erzeugt. Dieser Fehler wert wird verwendet, um den erwünschten Geschwindigkeits verhältnisvektor zu modifizieren, d. h. das Soll-Winkelge schwindigkeitsverhältnis und das Soll-Lineargeschwindig keitsverhältnis.The target speed ratio vector is compared to the actual speed ratio vector in control box 385 and an error is generated. This error value is used to modify the desired speed ratio vector, ie the target angular velocity ratio and the desired linear velocity ratio.
Als ein Beispiel wird ein Soll-Winkelgeschwindigkeitsver hältnis von 60% und ein Soll-Lineargeschwindigkeitsver hältnis von 40% von der Eingabevorrichtung 270 angefor dert. Jedoch ist das Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis 65%, während das Ist-Lineargeschwindigkeitsverhältnis 35% ist. Somit ist der Fehler 5%. Daher wird das Soll-Win kelgeschwindigkeitsverhältnis um 5% gesenkt, und das Soll-Lineargeschwindigkeitsverhältnis wird um 5% gestei gert, was ein Soll-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis von 55% und ein Soll-Lineargeschwindigkeitsverhältnis von 45% zur Folge hat.As an example, a target angular velocity ratio of 60% and a target linear velocity ratio of 40% are requested by the input device 270 . However, the actual angular velocity ratio is 65%, while the actual linear velocity ratio is 35%. So the error is 5%. Therefore, the target angular velocity ratio is decreased by 5% and the target linear velocity ratio is increased by 5%, resulting in a target angular velocity ratio of 55% and a target linear velocity ratio of 45%.
Die Soll-Winkelgeschwindigkeits- und die Soll-Linearge schwindigkeitsverhältnisse werden in Soll-Flüsse zu den jeweiligen Betätigungsvorrichtungen umgewandelt, und zwar in einer Steuerbox 390 für die Umwandlung von Geschwin digkeit zu Fluß. Vorzugsweise wird eine Nachschautabelle oder -karte verwendet, um die Soll-Geschwindigkeitsver hältniswerte in die Soll-Flüsse zu den ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 umzuwandeln.The target angular velocity and target Linearge speed ratios are converted to target flows to the respective actuators in a control box 390 for speed to flow conversion. Preferably, a lookup table or map is used to convert the target speed ratio values to the target flows to the first and second actuators 140 , 150 .
Die Soll-Flüsse werden in der Steuerbox 395 mit einem Verstärkungs- bzw. Gain-Faktor K skaliert und zu Strom werten bzw. laufenden Werten zur Ausgabe zu den ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 kartogra fiert bzw. aufgezeichnet, und zwar durch eine Karte bzw. Tabelle 396 für den Fluß und den Strom. Die Stromwerte werden dann an die elektrohydraulischen Steuerventile ge liefert, die den Strömungsmittelfluß zu den jeweiligen Betätigungsvorrichtungen steuern.The target flows are scaled in the control box 395 with a gain or gain factor K and mapped to current values or current values for output to the first and second actuating devices 140 , 150 or recorded, specifically by means of a card and Table 396 for the river and the current. The current values are then provided to the electro-hydraulic control valves that control the flow of fluid to the respective actuators.
Mit Bezugnahme auf Fig. 5 ist ein Flußdiagramm gezeigt, welches den Betrieb eines Ausführungsbeispiels der vor liegenden Erfindung veranschaulicht.With reference to FIG. 5, a flow chart is shown which illustrates the operation of an embodiment before lying invention.
In einer ersten Steuerbox 510 wird der Winkel des Ausle gers 160 relativ zum Rahmen 130 durch den Winkelsensor 220 abgefühlt, und die Ist-Winkelgeschwindigkeit des Aus legers 160 wird entsprechend bestimmt.In a first control box 510 , the angle of the boom 160 is sensed relative to the frame 130 by the angle sensor 220 , and the actual angular velocity of the boom 160 is determined accordingly.
In einer zweiten Steuerbox 520 wird die Länge des Ausle gers 160 durch den Längensensor 230 abgefühlt, und die Ist-Lineargeschwindigkeit des Auslegers 160 wird darauf ansprechend bestimmt.In a second control box 520, the length of the interpretation is sensed by the length sensor 230 gers 160, and the actual linear speed of the boom 160 is determined in response thereto.
Die Steuerung schreitet dann zu einer dritten Steuerbox 530 voran, bei der die Soll-Geschwindigkeit des Auslegers 160 durch die Eingabevorrichtung 270 angewiesen wird. Die Neigung des Maschinenrahmens 130 relativ zur Referenzebe ne 110 wird durch den Neigungssensor 280 in einer vierten Steuerbox 540 abgefühlt, und die Soll-Geschwindigkeit des Auslegers 160 wird darauf ansprechend modifiziert.The control then proceeds to a third control box 530 , in which the target speed of the boom 160 is instructed by the input device 270 . The inclination of the machine frame 130 relative to the reference plane ne 110 is sensed by the inclination sensor 280 in a fourth control box 540 , and the target speed of the boom 160 is modified accordingly.
In einer fünften Steuerbox 550 wird eine Soll-Winkelge schwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwindigkeit durch das Steuersystem 240 als eine Funktion der Soll-Geschwin digkeit des Auslegers 160 bestimmt, die von der Eingabe vorrichtung 270 angewiesen wurde, weiterhin durch den Winkel des Auslegers 160 mit Bezug auf den Rahmen 130 und die Länge des Auslegers 160.In a fifth control box 550 , a desired angular velocity and a desired linear velocity are determined by the control system 240 as a function of the desired speed of the boom 160 , which has been instructed by the input device 270 , by the angle of the boom 160 Regarding the frame 130 and the length of the boom 160 .
Die Steuerung schreitet dann zu einem sechsten Steuer block 560 und einem siebten Steuerblock 570 voran. Ein Ist-Geschwindigkeitsverhältnis und ein Soll-Geschwindig keitsverhältnis wird im sechsten Steuerblock 560 be stimmt. Das Ist-Geschwindigkeitsverhältnis stellt die Ist-Winkelgeschwindigkeit relativ zur Ist-Linearge schwindigkeit dar. In ähnlicher Weise stellt das Soll- Geschwindigkeitsverhältnis die Soll-Winkelgeschwindigkeit relativ zur Soll-Lineargeschwindigkeit dar.Control then proceeds to a sixth control block 560 and a seventh control block 570 . An actual speed ratio and a target speed ratio is determined in the sixth control block 560 . The actual speed ratio represents the actual angular speed relative to the actual linear speed. Similarly, the target speed ratio represents the target angular speed relative to the target linear speed.
Das Ist-Geschwindigkeitsverhältnis wird mit dem Soll- Geschwindigkeitsverhältnis verglichen, und das Soll- Geschwindigkeitsverhältnis wird darauf ansprechend im siebten Steuerblock 570 modifiziert.The actual speed ratio is compared to the target speed ratio and the target speed ratio is modified accordingly in the seventh control block 570 .
In einem achten Steuerblock 580 werden die ersten und zweiten Betätigungsvorrichtungen 140, 150 als eine Funk tion des Soll-Geschwindigkeitsverhältnisses betätigt. In an eighth control block 580 , the first and second actuators 140 , 150 are actuated as a function of the target speed ratio.
Als ein Beispiel einer Anwendung mit der vorliegenden Er findung werden Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtungen im allgemeinen zum Laden von verschiedenen Arten von Ma terial verwendet. Unter solchen Anwendungen wird die Li nearbewegung des Auslegers erfordert. Wenn beispielsweise die Gabeln der Teleskopmaterialhandhabungsvorrichtung un ter eine Palette zu treiben sind, um die Palette anzuhe ben, ist eine Linearbewegung der Gabel in der horizonta len Ebene erforderlich. Wenn in ähnlicher Weise die Pa lette in der Vertikalrichtung anzuheben ist, ist die Li nearbewegung der Gabel in der vertikalen Ebene erforder lich. In beiden Situationen muß die Länge und der Winkel des Auslegers simultan koordiniert werden, um eine solche Bewegung zu bewirken.As an example of an application with the present Er invention are telescopic material handling devices generally for loading different types of Ma material used. Under such applications, the Li boom movement required. If, for example the forks of the telescopic material handling device a pallet must be driven to lift the pallet ben, is a linear movement of the fork in the horizonta len level required. Similarly, if the Pa lette is to be lifted in the vertical direction, the li Near movement of the fork in the vertical plane is required Lich. In both situations the length and the angle must be of the boom can be coordinated simultaneously to such a To cause movement.
Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung empfängt die Soll-Geschwindigkeitsanforderung von einem Bediener über eine Eingabevorrichtung, beispielsweise einem Joystick bzw. Steuerhebel. Die Soll-Geschwindigkeit weist eine Soll-Winkelgeschwindigkeit des Auslegers und eine Soll- Lineargeschwindigkeit des Auslegers auf. Die Soll-Winkel geschwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit er stellt die Soll-Geschwindigkeiten der jeweiligen Hydrau likzylinder dar. Die Soll-Geschwindigkeiten werden in Soll-Flüsse zu den jeweiligen Zylindern umgewandelt.The control system of the present invention receives the Target speed request from an operator an input device, for example a joystick or control lever. The target speed has one Target angular velocity of the boom and a target Linear speed of the boom. The target angle speed and the target linear speed sets the target speeds of the respective hydrau lik cylinder represent. The target speeds are in Target flows are converted to the respective cylinders.
Bei manchen Situationen jedoch empfängt einer oder mehre re der Zylinder nicht den Soll-Fluß aufgrund der gestei gerten Anforderung des anderen Zylinders. Als eine Folge arbeiten die Zylinder nicht in Proportion zur Bedieneran forderung. Bediener erfahren oft Ermüdung, wenn sie ver suchen, solche Situationen zu vermeiden oder zu überwin den.In some situations, however, one or more receive re the cylinder is not the target flow due to the increased the other cylinder. As a result the cylinders do not work in proportion to the operator advancement. Operators often experience fatigue when used seek to avoid or overcome such situations the.
Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung versucht, Probleme dieser Art zu eliminieren, und zwar durch Be rechnung eines Kompensationsfehlers als eine Funktion ei nes Vergleiches zwischen der Ist-Geschwindigkeit des Aus legers und der Soll-Geschwindigkeit des Auslegers. Dieser Kompensationsfehler wird verwendet, um die Soll-Winkelge schwindigkeit und die Soll-Lineargeschwindigkeit zu modi fizieren, die wiederum verwendet werden, um simultan den Fluß zu den jeweiligen Hydraulikzylindern zu koordinie ren, um eine Linearbewegung der Gabel vorzusehen, wobei somit die Ermüdung des Bedieners verringert wird und der Wirkungsgrad verbessert wird.The control system of the present invention attempts Eliminate problems of this kind through Be calculation of a compensation error as a function ei Comparison between the actual speed of the off legers and the target speed of the boom. This Compensation error is used to set the target angle speed and the target linear speed to modes ficate, which in turn are used to simultaneously the Coordinate flow to the respective hydraulic cylinders ren to provide a linear movement of the fork, wherein thus the operator's fatigue is reduced and the Efficiency is improved.
Andere Aspekte, Ziele und Merkmale der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.Other aspects, goals and characteristics of this Er can be found from a study of drawings, the Of disclosure and the appended claims.
Claims (31)
einen Positionssensor, der geeignet ist, um ein Po sitionssignal zu liefern;
eine Eingabevorrichtung, die geeignet ist, um ein Soll-Winkelgeschwindigkeitssignal zu liefern, wel ches eine Soll-Geschwindigkeit des Lasteingriffs gliedes anzeigt, wobei die Soll-Geschwindigkeit eine Soll-Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Linearge schwindigkeit aufweist; und
ein Steuersystem, welches geeignet ist, um das Posi tionssignal und das Soll-Geschwindigkeitssignal zu empfangen, und um darauf ansprechend einen Ist- Laufpfad des Lasteingriffsgliedes und einen Soll- Laufpfad des Lasteingriffsgliedes zu bestimmen, wo bei das Steuersystem weiter geeignet ist, um die Soll-Winkelgeschwindigkeit und die Soll-Linearge schwindigkeit ansprechend auf einer Abweichung zwi schen den Ist- und Soll-Laufpfaden zu modifizieren.1. An apparatus for providing a coordinated control of a tool of a work machine having a frame, the tool having a boom having a first end portion and a second end portion, the first end portion being pivotally connected to the frame, and wherein second end part is pivotally connected to a load engaging member, the device comprising:
a position sensor which is suitable for supplying a position signal;
an input device adapted to provide a target angular velocity signal indicative of a target speed of the load engaging member, the target velocity having a target angular velocity and a target linear velocity; and
a control system adapted to receive the position signal and the target speed signal, and responsive thereto to determine an actual load engagement member travel path and a load engagement member reference travel path, where the control system is further adapted to the target - Modify the angular velocity and the target linear speed in response to a deviation between the actual and target running paths.
wobei das Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis durch Teilung der Ist-Winkelgeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl dem Absolutwert der Ist-Winkelge schwindigkeit als auch einem Absolutwert der Ist- Lineargeschwindigkeit berechnet wird; und
wobei das Ist-Lineargeschwindigkeitsverhältnis be rechnet wird durch Teilen der Ist-Lineargeschwindig keit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Ist-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Abso lutwert der Ist-Lineargeschwindigkeit.4. The apparatus of claim 2, wherein the control system is adapted to determine an actual angular velocity ratio and an actual linear velocity ratio;
wherein the actual angular velocity ratio is calculated by dividing the actual angular velocity by a sum of both the absolute value of the actual angular velocity and an absolute value of the actual linear velocity; and
wherein the actual linear velocity ratio is calculated by dividing the actual linear velocity by a sum of both an absolute value of the actual angular velocity and an absolute value of the actual linear velocity.
wobei das Soll-Winkelgeschwindigkeitsverhältnis be rechnet wird durch Teilen der Soll-Winkelgeschwin digkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolut wert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindigkeit; und
wobei das Soll-Lineargeschwindigkeitsverhältnis be rechnet wird durch Teilen der Soll-Lineargeschwin digkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolut wert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindigkeit.6. The apparatus of claim 5, wherein the control system is adapted to determine a target angular velocity ratio and a target linear velocity ratio;
wherein the target angular velocity ratio is calculated by dividing the target angular velocity by a sum of both an absolute value of the target angular velocity and an absolute value of the target linear velocity; and
wherein the target linear velocity ratio is calculated by dividing the target linear velocity by a sum of both an absolute value of the target angular velocity and an absolute value of the target linear velocity.
eine erste Betätigungsvorrichtung, die mit dem Aus leger assoziiert ist;
eine zweite Betätigungsvorrichtung, die mit dem Aus leger assoziiert ist; und
wobei das Steuersystem geeignet ist, um die erste Betätigungsvorrichtung und die zweite Betätigungs vorrichtung zu betätigen, und zwar als eine Funktion der Soll-Winkelgeschwindigkeit bzw. der Soll-Linear geschwindigkeit.10. The apparatus of claim 1, further comprising:
a first actuator associated with the off leg;
a second actuator associated with the off leg; and
wherein the control system is adapted to actuate the first actuator and the second actuator, as a function of the desired angular velocity and the desired linear velocity.
Abfühlen einer Position des Lasteingriffsgliedes und darauf ansprechendes Liefern eines Positionssignals;
Liefern eines Soll-Geschwindigkeitssignals, welches eine Soll-Geschwindigkeit des Lasteingriffsgliedes anzeigt, wobei die Soll-Geschwindigkeit eine Soll- Winkelgeschwindigkeit und eine Soll-Lineargeschwin digkeit aufweist;
Bestimmen eines Ist-Laufpfades des Lasteingriffs gliedes als eine Funktion des Positionssignals;
Bestimmen eines Soll-Laufpfades des Lasteingriffs gliedes als eine Funktion des Soll-Geschwindigkeits signals; und
Modifizieren der Soll-Winkelgeschwindigkeit und der Soll-Lineargeschwindigkeit ansprechend auf eine Ab weichung zwischen den Ist- und Soll-Laufpfaden.23. A method for providing the coordinated control of a tool of a work machine having a frame, the work tool having a boom having a first end part and a second end part, the first end part being pivotally connected to the frame, and the second end part being pivotably connected to is connected to the load engaging member, the method comprising the following steps:
Sensing a position of the load engaging member and responsively providing a position signal;
Providing a target speed signal indicative of a target speed of the load engaging member, the target speed having a target angular velocity and a target linear velocity;
Determining an actual running path of the load engagement member as a function of the position signal;
Determining a target running path of the load engagement member as a function of the target speed signal; and
Modifying the target angular velocity and the target linear velocity in response to a deviation between the actual and target paths.
Bestimmen eines Ist-Winkelgeschwindigkeitsverhält nisses und eines Ist-Lineargeschwindigkeitsverhält nisses; und
Bestimmen eines Soll-Winkelgeschwindigkeitsverhält nisses und eines Soll-Lineargeschwindigkeitsverhält nisses.26. The method of claim 24, further comprising the following steps:
Determining an actual angular velocity ratio and an actual linear velocity ratio; and
Determining a target angular velocity ratio and a target linear velocity ratio.
wobei die Bestimmung des Ist-Lineargeschwindigkeits verhältnisses den Schritt aufweist, die Ist-Linear geschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Ist-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Ist-Lineargeschwindigkeit zu teilen;
wobei die Bestimmung des Soll-Winkelgeschwindig keitsverhältnisses den Schritt aufweist, die Soll- Winkelgeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindig keit zu teilen; und
wobei die Bestimmung des Soll-Lineargeschwindig keitsverhältnisses den Schritt aufweist, die Soll- Lineargeschwindigkeit durch eine Summe von sowohl einem Absolutwert der Soll-Winkelgeschwindigkeit als auch einem Absolutwert der Soll-Lineargeschwindig keit zu teilen.27. The method of claim 26, wherein determining the actual angular velocity ratio comprises the step of dividing the actual angular velocity by a sum of both an absolute value of the actual angular velocity and an absolute value of the actual linear velocity;
wherein the determination of the actual linear velocity ratio comprises the step of dividing the actual linear velocity by a sum of both an absolute value of the actual angular velocity and an absolute value of the actual linear velocity;
wherein determining the target angular velocity ratio comprises the step of dividing the target angular velocity by a sum of both an absolute value of the target angular velocity and an absolute value of the target linear velocity; and
wherein the determination of the target linear speed ratio includes the step of dividing the target linear speed by a sum of both an absolute value of the target angular speed and an absolute value of the target linear speed.
Bestimmen eines Ist-Geschwindigkeitsverhältnisses als eine Funktion des Ist-Winkelgeschwindigkeits verhältnisses und das Ist-Lineargeschwindigkeits verhältnisses; und
Bestimmen eines Soll-Geschwindigkeitsverhältnisses als eine Funktion des Soll-Winkelgeschwindigkeits verhältnisses und des Soll-Lineargeschwindigkeits verhältnisses. 28. The method according to claim 27, further comprising the following steps:
Determining an actual speed ratio as a function of the actual angular velocity ratio and the actual linear velocity ratio; and
Determining a target speed ratio as a function of the target angular velocity ratio and the target linear velocity ratio.
Abfühlen eines Winkels des Auslegers relativ zum Rahmen;
Abfühlen einer Länge des Auslegers; und
Abfühlen eines Neigungswinkels des Rahmens relativ zu einer Referenzebene.31. The method of claim 23, wherein sensing the position of the load engaging member comprises the steps of:
Sensing an angle of the boom relative to the frame;
Sensing a length of the boom; and
Sensing an angle of inclination of the frame relative to a reference plane.
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